Исследование нелинейных колебаний динамических систем полиномиальной структуры с периодическими параметрами тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.01 ВАК РФ
|
Иванов, Сергей Евгеньевич
АВТОР
|
||||
|
кандидата физико-математических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Санкт-Петербург
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
2003
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
01.02.01
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
На правах рукописи
Иванов Сергей Евгеньевич
ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ КОЛЕБАНИЙ ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПОЛИНОМИАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ С ПЕРИОДИЧЕСКИМИ
ПАРАМЕТРАМИ
01.02.01 - Теоретическая механика
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук
Санкт-Петербург 2003
Работа выполнена на кафедре теоретической физики и механики Санкт-Петербургского государственного института точной механики и оптики (технического университета)
Научный руководитель: доктор физико-математических наук,
профессор Мельников Геннадий Иванович
Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,
профессор Лестев Александр Михайлович
кандидат физико-математических наук, доцент Смирнов Андрей Леонидович
Ведущая организация: Государственный Балтийский технический
университет им. Д.Ф.Устинова (Военмех)
Защита диссертации состоится ЗО 2003 г. в часов на
заседании диссертационного совета Д 212.232.30 по защите диссертации на соискание ученой степени доктора наук при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 198504, г. Санкт-Петербург, Старый Петергоф, Университетский проспект, 28, математико-механический факультет Санкт-Петербургского государственного университета.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного университета по адресу: г. Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7/9
Автореферат разослан 2003 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.232.30,
доктор физико-математических наук, профессор С.А.Зегжда
\S\J*
1.ЮБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы.
Нелинейные характеристики многих механических систем можно аппроксимировать степенными многочленами относительно обобщенных координат. Коэффициенты этих полиномов являются постоянными, а для нестационарных систем они нередко являются периодическими функциями времени. В связи с этим математической моделью многих механических систем является система динамических уравнений полиномиальной структуры с периодическими или постоянными параметрами. Такие механические системы широко применяют в динамике виброзащиты приборов и устройств. Исследование нелинейных систем с конечным числом степеней свободы представляет сложную актуальную проблему по сравнению с линейными системами. Исследование нелинейных систем не сводится к определению конечного числа частных решений, поскольку нелинейные системы не обладают свойством суперпозиции решений. В современной теории нелинейных колебаний широко используется метод малого параметра, метод Ван-дер-Поля, получивший в дальнейшем название метода медленно меняющихся амплитуд. Хорошо известен метод возмущений, представленный в работах А.Пуанкаре и являющийся вариантом метода малого параметра. Применяется также метод итераций. Эффективный способ решения нелинейных задач, позволяющий строить высшие приближения на основании метода усреднения, был предложен Н.М. Крыловым и H.H. Боголюбовым. Широко используется метод гармонического баланса и метод гармонической линеаризации, среди асимптотических методов применяют метод растянутых параметров, а также метод многих масштабов.
В приближенных методах согласно замечаниям А.Н. Крылова, И.Г. Малкина важное значение имеет удачный выбор исходного приближения, порождающего решения, поскольку неудачный выбор его приводит к громоздким последующим уточнениям.
В диссертации применяется метод многочленных преобразований разработанный Г.И. Мельниковым в 1963 г. и последующих годах. В нем в ■* качестве порождающего решения выбрано решение преобразованных
уравнений, которое связано многочленным преобразованием с исходными дифференциальными уравнениями. ^ Применение метода многочленного преобразования к сложным
многомерным механическим системам приводит к большому объему символьных вычислений. В условиях современного развития компьютерного моделирования такие вычисления целесообразно выполнять с применением компьютерных пакетов символьных вычислений.
РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА
OS IgZMi
В диссертации развивается метод многочленных преобразований для голономных периодически нестационарных механических систем с одной, двумя и тремя степенями свободы. Метод применен для решения нелинейных задач виброзащиты приборных систем, имеющих теоретическое и практическое значение. В связи с этим тема диссертационной работы является актуальной.
На основе символьных компьютерных вычислений составлен пакет программ для практического применения метода многочленных преобразований к задачам виброзащиты нелинейных приборных динамических систем. ^
Эта задача является актуальной, поскольку ее решение направлено на повышение точности работы приборов и устройств, установленных на вибрирующем основании.
Целью диссертационной работы являются:
1. разработка программного обеспечения метода многочленных преобразований для исследования вынужденных колебаний нелинейных систем, которые описываются дифференциальными уравнениями до шестого порядка с правой частью в виде многочлена до четвертой степени относительно фазовых координат с периодическими коэффициентами,
1. получение алгоритмических формул метода многочленных преобразований, удобных для составления программ с использованием символьных вычислений,
2. применение разработанного пакета программ для исследования I нелинейных задач виброзащиты приборных систем с одной, двумя и
тремя степенями свободы,
3. определение существенных динамических констант механических систем и построение оценок характера затухания переходных процессов при помощи разработанного пакета программ,
4. разработка программного обеспечения для определения установившихся режимов колебаний нелинейных систем с I периодическими параметрами по методу многочленных преобразований, /
5. исследование установившихся режимов колебаний нелинейных виброзащитных систем с одной, двумя и тремя степенями свободы в условиях периодического кинематического возмущения с применением ^ разработанной программы
Методы исследования.
В диссертации для исследования вынужденных колебаний нелинейных систем при периодическом возмущении применяется метод многочленных преобразований. Метод применим к широкому кругу нелинейных задач, причем нелинейные части системы дифференциальных уравнений имеют
'Л'
< I
общую структуру. В методе многочленных преобразований получаем преобразованную автономную систему с заданной точностью. Проинтегрировав преобразованную систему и подставив ее решение в многочлены преобразования, получаем приближенное решение исходной системы уравнений. Если преобразованную систему не удается проинтегрировать в квадратурах, то можно определить стационарные решения. Преобразованная система содержит значительно меньшее количество ненулевых коэффициентов, чем исходная. Сокращение количества ненулевых коэффициентов существенно для исследования сложных нелинейных систем. С помощью преобразованных систем упрощается задача исследования переходных и установившихся процессов исходных систем.
Для реализации метода многочленных преобразований автором составлен пакет программ. Получены алгоритмические формулы метода для использования символьных компьютерных вычислений. С целью проверки достоверности алгоритмических формул применен численный метод Рунге -Кутта. С применением разработанного пакета программ исследуются нелинейные виброзащитные системы с одной, двумя и тремя степенями свободы.
Научная новизна.
Получены следующие новые результаты:
Для систем с одной, двумя и тремя степенями свободы метод многочленных преобразований является общим методом исследования в теории нелинейных виброзащитных систем.
При решении задач виброзащиты широко применяются линейные системы, хотя линейность функций не достаточно точно аппроксимирует характеристики системы, внося погрешности при анализе. В работе решены задачи получения и исследования более точных нелинейных моделей для виброзащитных систем. Проведены исследования нелинейных виброзащитных систем с одной, двумя и тремя степенями свободы. Решаемые задачи виброзащиты в нелинейной постановке являются новыми, имеют теоретическое и практическое значение. Методом многочленных преобразований математические модели виброзащитных систем приведены в рамках принятой точности к автономному виду. Определен метод получения периодических режимов колебаний посредством многочленных преобразований.
Составлен пакет программ, на основе символьных компьютерных вычислений для практического применения метода многочленных преобразований к задачам виброзащиты нелинейных приборных динамических систем. Пакет программ позволяет с заданной точностью проводить анализ виброзащищенности приборов и устройств, находящихся
под воздействием внешних периодических сил. С помощью разработанного пакета программ найдены существенные константы, получены числовые оценки переходных и установившихся режимов колебаний. Определено влияние нелинейных составляющих виброзащитных систем. Проведены числовые расчеты при конкретных параметрах нелинейных виброзащитных систем.
Практическая ценность работы.
В работе решены следующие проблемы: ^
Создан пакет программ для практического применения метода многочленных преобразований в теории нелинейных систем полиномиальной структуры. Предложены алгоритмические формулы метода многочленных преобразований, удобные для применения на ПК. Пакет программ, разработанный автором, может эффективно применяться для исследования широкого класса систем нелинейных дифференциальных уравнений. Его применение позволяет получить качественные и количественные оценки установившегося и переходного режима вынужденных колебаний нелинейных систем с одной, двумя и тремя степенями свободы.
Проведены исследования нелинейных виброзащитных систем с одной, двумя и тремя степенями свободы для защиты приборов на вибрирующем основании. В нелинейной постановке решена задача о применении нелинейных амортизаторов, демпферов и больших масс для виброзащиты приборов. Выполненные исследования и программное обеспечение метода можно использовать при проектировании нелинейных виброзащитных систем в различных областях техники. На основании метода многочленных преобразований разработан способ определения установившихся периодических режимов колебаний нелинейных полиномиальных систем.
Апробация результатов работы.
Работа выполнена на кафедре теоретической физики и механики Санкт-Петербургского государственного института точной механики и оптики (технического университета).
Основные результаты диссертационной работы докладывались на международной конференции "Нелинейные науки на рубеже тысячелетий", VI международной научной конференции "Проблемы пространства, времени, движения", всероссийской научной конференции по механике ->
"Третьи Поляховские чтения", юбилейной научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава и опубликованы в работах автора.
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 12 работ: среди них 6 статей, 6 научных докладов.
Объем и структура работы.
Диссертационная работа изложена на 126 страницах, содержит 49 рисунков и состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы, содержащего 92 наименования.
2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируется цель и задачи исследования, методы исследования, приведена краткая аннотация глав диссертации.
В первой главе рассматривается голономная механическая система, которая является стационарной по отношению к поступательно движущейся системе отсчета. Для системы с п степенями свободы приводится матричная форма уравнений Лагранжа, которые содержат обобщенные силы и силы инерции поступательно движущейся системы отсчета. Приведенная матричная форма уравнений Лагранжа удобна для составления динамических уравнений голономной механической системы. Применяя матричную систему уравнений Лагранжа необходимо выбрать обобщенные координаты, найти матрицу и вектор обобщенных сил из кинетической энергии и мощности. Матричные уравнения Лагранжа приводятся к нормальной форме. Рассмотрен случай механической системы с двумя степенями свободы стационарной по отношению поступательно движущейся системы отсчета. Приведена матричная форма уравнений Лагранжа для системы с двумя степенями свободы, также выполнено преобразование матричных уравнений Лагранжа к нормальной форме.
Определяется схема алгоритма метода многочленных преобразований для динамической системы нелинейных дифференциальных уравнений второго порядка с постоянными и периодическими параметрами. Приводится описание алгоритма метода многочленных преобразований. Алгоритм метода можно условно разделить на четыре основные части: приведение системы нелинейных дифференциальных уравнений с постоянными и периодическими параметрами к нормальной форме, линейное преобразование, многочленное преобразование, решение автономной системы.
Исходную систему m нелинейных дифференциальных уравнений второго порядка с постоянными и периодическими параметрами запишем в матричном виде, при этом используем векторный индекс v = [v,v2---V2т+2 ] с целочисленными неотрицательными компонентами. к
Aq+ Вд+ Сд= ^-ЯпГ cos"-' (афт""* (at) (i)
Я— [<21- <72 >"->(7,„]Г - вектор обобщенных координат системы, 4 = (7,11 д^2 •■•<7ш" - произведение обобщенных координат, = Я\т1 Яг*~ •••42"' - произведение обобщенных скоростей,
А, В,С - постоянные тхш матрицы, Д, = [/?' ^, /г ^,... ] -векторные
коэффициенты, = V, +у2 + ... + у2п1+2 - сумма компонент вектора.
Предполагается, что все собственные значения матрицы линейной части системы с постоянными коэффициентами являются комплексно
сопряженными 5=1,..,Л7. Предположим, что векторные
коэффициенты нелинейных частей |/г5у |«1 малые.
Вводятся комплексно-сопряженные переменные = ехр (лу/1) и
х2т>2 = схр(-ли/), отсюда Я2т + 1 = т .
Система уравнений (1) приводится к системе 2ш+2 дифференциальных уравнений первого порядка с постоянными комплексными коэффициентами в нормальной форме:
Х= РХ+ ,где Х=[д[д2...дтд1д2...дтх2^х2т¥2]Т,5=1,..Длм-2 (2)
И=2
Л = Я\ Яг —Яш Я1 —Ят Х2т+\Х2т + 2 ,
ру -комплексные коэффициенты нелинейной части.
Эта система не особым линейным преобразованием приводится к виду:
Л У+ £ Я У , где А = ,,...
> ^2772+15 ^2 ЛН-2 ] • (3)
И=2
Здесь диагональная матрица имеет комплексные сопряженные корни
Коэффициенты нелинейных правых частей ру системы (3) находятся путем перегруппировки членов в сумме (2) после линейного преобразования. После того как система записана в виде (3) выполняется многочленное преобразование:
У в = г8 + Е " ,(5 = 1,2,..., 2 т) , (4)
Ун = г ц ,(5 = 2/77+1,2/77+2), где неизвестные комплексные коэффициенты преобразования.
Результатом многочленного преобразования является дифференциальная система:
к
г в = А з г з + £ <7 / 2 " > ( * = 1 ,2 2т)- (5)
IV 2
где искомые коэффициенты преобразованной системы. Преобразованная система дифференциальных уравнений (5) является системой комплексно-сопряженных уравнений, кроме того, в преобразованной системе многие нелинейные члены отсутствуют. Для записи на языке программирования любую сумму членов с векторным индексом предложено представлять как последовательность сумм по компонентам векторного индекса: к _ к А т+1 Ь '2
X а ~ X X ••• 2 X л,,/,-/,,/з-л,...,/2т+2-/2т+1 . (6)
И=2 /2-2 = 2/2я+, = 0 Л=0У, = 0
Особые значения индекса V , при каждом фиксированном находятся как целочисленные неотрицательные решения двух уравнений: V, + V, + Я2к3 + Я2к4 + ... + + Ят+1У2ш+2 - Л, * О,
+ У2 + + У4 + - + »'Зш! + У2т+2 = 2,3,..., £ , 5 = 1,2,..., 2Ш. Согласно методу постоянные д „5 приравнивают нулю при не особых значениях индексов; при таких значениях вычисляют постоянные а „4 . И наоборот, при особых значениях индексов полагают коэффициенты а ' равными нулю и вычисляют ц ' .
В результате находим комплексные коэффициенты ц / на* . Перейдем к новым комплексно-сопряженным переменным:
^2 5-1 = "2 5-1 еХР( ^2 5-1) . ^2 5 = "2 5-1 БХР( " ^ Ьп Я25_,) ,
5=1,..,Л7. (8)
В новых переменных, учитывая соотношение (7) дифференциальная система становится автономной:
й3 = иа Яе Я4 + £ я /и.'-йТ"' ... и —/Г-, (9)
|, 2
(5 = 1,2,..., /27 ) .
На последнем этапе мы получаем решение автономной системы. Сделаем экспоненциальную замену переменных:
и 5 5 р ехр( ¡0 5) . (10)
Систему можно записать в следующем виде:
к т
р5=р5ЯеЯ5 + XЯс^схр«^/-,-у21)-в5)\ И=2 Ы1
к т
РА = X РГ'-Р^Г-'" (^м - - 0,)).
И=2 /=1 <
Интегрируя ее, находим р ^ и в 5 , подставив найденное решение в (10),
затем в (8) получим вектор 2 . В случае если не удается проинтегрировать ^
автономную систему можно определить стационарное решение, приравнивая правые части к нулю. ,
Проведен анализ точности получаемых результатов методом многочленных преобразований. Полученные результаты показывают применимость метода для качественных и количественных оценок исследуемых переходных и установившихся колебаний динамических систем находящихся в условиях периодического внешнего воздействия.
Во второй главе исследуются вынужденные колебания динамических систем с одной степенью свободы. Рассматривается математическая модель вынужденных колебаний маятниковой системы с осью подвеса вибрирующей в произвольном направлении. Уравнение движения представлено в общем виде:
+ + ^х* +сов(/)(с1 + 1\х+ йх)Г + /¡х1) Посредством метода многочленных преобразований определены существенные константы преобразованной системы, получены переходные и установившиеся режимы колебаний в нерезонансном случае. Преобразованная система имеет вид:
= (Л, + )г3 + , гА = ^ .
В случае резонанса исходная система преобразована к автономному виду. С помощью разработанного пакета программ проведен анализ маятниковой системы при конкретных числовых параметрах системы. Построены графики установления колебаний маятниковой системы с вибрирующей осью подвеса, а также стационарного режима колебаний.
Методом многочленных преобразований получено верхнее, устойчивое положение равновесия маятниковой системы, а также получены оценки области устойчивости верхнего положения равновесия. Приведены числовые расчеты.
В третьей главе рассматриваются динамические системы с двумя степенями свободы. Приводится схема метода многочленных преобразований для систем с двумя степенями свободы, описывается программная реализация
метода. Получены алгоритмические формулы для расчета неизвестных коэффициентов преобразования и преобразованной системы с двумя степенями свободы. Проведено исследования вынужденных колебаний механической приборной системы, установленной на вибрирующем основании содержащей нелинейные характеристики до четвертой степени относительно фазовых переменных в случае отсутствия резонанса. Для * составления уравнений движения динамической системы использовались
уравнения Лагранжа. Движение механической системы описывается ( системой двух нелинейных дифференциальных уравнений четвертого
Iй порядка:
w,Xi + (¿i + kf¡)Лг, - + (с, + c0)x¡ - с0х2 = 2/4, cos(cot)
- d\x] - d0(x¡ - 2x¡x2 + 3x¡x2 - x2),
m2x2 + (k2 + k0)x2 - i^jr, + (c2 + c0)x2 - c0xx = 2 Д cos(ü>í)
- d2xl + - 3xfx2 + 3x¡- x\).
В случае отсутствия резонанса преобразованная система имеет вид:
¿5 = Лз ^ + nZ^ZsZ(> + <5^02100-^-^1 + ^11000^44' < Z^ = ^ + + ^000021-^-^ +
Zt) = 5 Z(, = Zy
Методом многочленных преобразований неавтономная периодическая система с заданной точностью приведена к автономному виду, найдены существенные константы, определяющие качество движения. С помощью составленной программы выполнено исследования механической приборной системы, установленной на вибрирующем основании при заданных числовых параметрах, построены графики переходных и установившихся режимов вынужденных колебаний системы.
В четвертой главе исследуется проблема виброзащиты нелинейной приборной системы от внешних воздействий. Для уменьшения воздействия вибраций приборные системы устанавливают на амортизаторы или применяют демпфирующие материалы. Действие амортизаторов основано на поглощении части колебательной энергии. Назначение виброизолирующего устройства состоит в создании режима движения, при котором реализуется виброзащита объекта - прибора от внешних воздействий. Для виброзащиты аппаратуры, приборов используют большое количество типов амортизаторов. Приведены нелинейные характеристики амортизаторов, применяемых в виброзащитных системах.
Рассмотрена виброзащитная система с двумя степенями свободы в условиях внешнего периодического возмущения. Система состоит из объекта защиты - прибора, установленного посредством пружинного амортизаторы с малым
демпфированием на платформу, имеющую большую массу, которая закреплена с помощью виброизоляторов на основание. На систему действует внешнее возмущение - вертикальные вибрации. Прибор и платформа перемещаются в вертикальном направлении. Пружинные виброизоляторы имеют нелинейные характеристики, которые можно представить в виде полинома третей степени. Демпфирование в виброизоляторах малое. С помощью уравнений Лагранжа составлены уравнения движения виброзащитной системы.
Движение виброзащитной системы описывается системой двух нелинейных дифференциальных уравнений четвертого порядка: ЩХ| + Ь[{хх-х2) + с1 (хх -х2) =
Лсоз(<у/)- с1х(Х{ -2хх х2 + х^)-^(х^ -3^х2 + 3ххх% -щх2 +(¿1 + ¿ь)х2 - ¿1*, +(с, + - с1х1 = - - е2х*2 - -2хх х2 + + ^(х?-Зх?х2 +3ххх^ -
Методом многочленных преобразований система преобразована к автономному виду. Получено решение системы в нерезонансном случае. Показано, что колебания платформы и прибора происходят с частотой внешней силы. Построены графики установившегося режима колебаний виброзащитной системы, а также переходного процесса установления колебаний. Проведена автономизация системы в случае единичного резонанса.
Рассмотрена модель виброзащитной системы в случае пассивного гармонического возбуждения, когда внешняя сила воздействует на основание. Выполнено преобразование системы к автономному виду, найден установившийся режим вынужденных колебаний. В случае резонанса определены существенные константы, характеризующие качество движения. Рассмотрена модель динамического гашения колебаний нелинейным пружинным инерционным гасителем. С помощью уравнения Лагранжа получены уравнения движения системы. В результате многочленного преобразования с точностью до членов четвертого порядка система приведена к автономному виду, найдены коэффициенты преобразованной системы. Определены переходные и установившиеся режимы вынужденных колебаний динамической системы. Построены графики стационарного и переходного процесса колебаний. Исследован маятниковый динамический гаситель для подавления крутильных колебаний. Найдены установившиеся вынужденные колебания и переходный процесс виброзащитной системы с маятниковым гасителем.
В пятой главе осуществляется анализ переходных процессов нелинейной нестационарной периодической виброзащитной системы с двумя степенями свободы в условиях кинематического возмущения. Рассматривается
проблема виброзащиты нелинейной приборной системы на вибрирующем основании. На этом основании установлена посредством амортизаторов и демпферов массивная платформа, на которой монтируется подпружиненная и демпфированная приборная система. В виброзащитных системах при периодических внешних воздействиях применяют нелинейные амортизаторы и демпфирующие устройства. Предполагается, что амортизаторы и демпфирующие устройства виброзащитной системы имеют нелинейные кубические характеристики. Система относится к классу нелинейных нестационарных периодических систем с двумя степенями свободы со сложным кинематическим возмущением. Математическая модель виброзащитной системы имеет вид:
+ q(áj - + d¡(Á¡ - x2f + - x2)+ lx(a¡ - x2)2 + д(j¡ - x2)3 = 0,
щх2 + q (x2 - A¡) + dx(x2 - Á¡)3 + Á¡(x2 - x¡) + /, (x2 - X¡ f + R (x2 - A¡)3 +
c2(x2-f) + d2(xг - 'if + Ыъ - f) + - f)2 + - If = 0,
где xl , х 2 - абсолютное перемещение прибора и платформы по отношению к положению равновесия системы.
Предполагаем, что основания осуществляет вертикальные колебания, 1 согласно уравнениям: f(t) = а( 1 + 6cos( cal) + е sin3 (col))
Методом многочленных преобразований математическая модель системы приводиться к автономному виду в рамках принятой точности, выделяются существенные константы, характеризующие переходные процессы. Определено влияние нелинейных составляющих виброзащитной системы. Показана целесообразность применения виброзащитной системы с нелинейными характеристиками амортизаторов и демпфирующих устройств. Эффективность рассмотренной нелинейной виброзащитной системы зависит и от типа внешнего воздействия и от выбранных параметров. Для оценки переходного процесса нелинейной виброзащитной системы использовались коэффициент относительного перемещения, скорости и ускорения. Эти коэффициенты получены интегрируя соответствующее уравнение движения с помощью метода многочленных преобразований. Построены графики зависимости этих коэффициентов от частоты внешних возмущений (О, массы платформы, коэффициентов жесткости и коэффициентов демпфирования виброзащитной системы. Получено, что для переходного процесса установления колебания в виброзащитной системе
значения коэффициентов жесткости c2,d2 амортизатора и коэффициентов трения кг,12, рг демпфера, установленных между массивной платформой и вибрирующим основанием слабо влияют на величину коэффициентов относительного перемещения, скорости и ускорения. Для амортизатора и демпфирующего элемента установленного между платформой и объектом
виброзащиты следует увеличивать значения коэффициентов жесткости С,, . Целесообразно применять в рассмотренной виброзащитной системе платформу, имеющую массу в десятки раз большую, чем масса объекта виброзащиты. Показано, что увеличение частоты внешнего возмущения приводит к уменьшению значений коэффициента относительного перемещения. Рассмотренная виброзащитная система с кубической характеристикой демпфирующего устройства применима в случае высоких частот внешнего возмущения.
В шестой главе рассмотрена нелинейная виброзащитная система с тремя степенями свободы. Приведена схема метода многочленных преобразований для систем с тремя степенями свободы, описывается алгоритм и основные блоки программной реализации метода. Методом многочленных преобразований нелинейная периодическая система с заданной точностью приводится к автономному виду, определены существенные константы, определяющие качество движения.
В заключении приведены основные результаты работы.
3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На защиту выносятся следующие положения:
1. алгоритм многочленных преобразований фазовых координат,
2. исследование вынужденных колебаний маятниковой системы с осью подвеса вибрирующей в произвольном направлении,
3. проведение исследования нелинейной колебательной системы с двумя степенями свободы на вибрирующем основании,
4. анализ виброзащитной приборной системы в условиях внешних периодических возмущений,
5. автономизация нелинейных динамических систем с одной и двумя степенями свободы,
6. получение переходных режимов колебаний нелинейных виброзащитных систем
4. ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1.Иванов С.Е. Исследование нелинейных колебаний механической системы с одной степенью свободы методом многочленного преобразования. // Труды молодых ученых и специалистов. Сборник научных статей. Выпуск 1 Часть 2,- СПб:СПбГИТМО(ТУ), 2000. С.40-41.
2.Иванов С.Е. Исследование параметрических колебаний нелинейной голономной системы с одной степенью свободы. // Юбилейная научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава 29 -31 марта 2000 года / Тезисы докладов (часть II). - СПб ГИТМО(ТУ), 2000. С.79.
3.Иванов С.Е. Исследование колебаний на вибрирующей платформе нелинейной механической системы с двумя степенями свободы. // Юбилейная научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава 29-31 марта 2000 года / Тезисы докладов (часть II). - СПб ГИТМО(ТУ), 2000. С.79.
4.Иванов С.Е., Мельников Г.И. Многочленное преобразование уравнений в * проблеме устойчивости движения и теории нелинейных колебаний. //
Международная конференция "Нелинейные науки на рубеже тысячелетий" 1 Тезисы докладов. - ГИТМО(ТУ), 1999. С.45. V 5.Иванов С.Е., Мельников Г.И. Метод многочленных преобразований в
проблеме исследования нелинейных колебаний систем с параметрическим возбуждением. // Всероссийская научная конференция по механике "Вторые Поляховские чтения" / Тезисы докладов. - СПб:СПбГУ,2000. С.161.
6.Иванов С.Е. Исследование вынужденных колебаний маятниковой системы с осью подвеса вибрирующей в произвольном направлении. // Деп.
' ВИНИТИ. 2000. №1541-В00. 10 с.
7.Иванов С.Е., Мельников Г.И. Метод многочленных преобразований в i проблеме виброзащиты нелинейных систем. // VI международная научная 1 конференция "Проблемы пространства, времени, движения". СПб. 2000. 1 С.14.
8.Иванов С.Е. Исследование вынужденных колебаний системы с двумя степенями свободы на вибрирующем основании. // Современные технологии: Труды молодых ученых ИТМО / Под ред. проф. С.А.Козлова. СПб: СПб ГИТМО(ТУ), 2001. С. 168-170.
' 9.Иванов С.Е. О реализации численно-аналитического метода многочленных
преобразований на компьютере. // Современные технологии: Труды молодых ученых ИТМО / Под ред. проф. С.А.Козлова. - СПб: СПб ГИТМО(ТУ), 2001. С.138-141. 1 Ю.Иванов С.Е., Мельников Г.И. Метод многочленных преобразований в
проблеме виброзащиты нелинейных механических систем. // VIII Всероссийская научная конференция по теоретической прикладной i механике / Тезисы докладов. - Пермь,2001. С.29.
Н.Иванов С.Е. Исследование переходных процессов приборной j виброзащитной системы с двумя степенями свободы. // Современные
технологии: Сборник научных статей / Под ред. проф. С.А.Козлова.-СПб:СПбГИТМО(ТУ), 2001. С. 290-293.
12.Иванов С.Е. Применение метода многочленных при исследовании виброзащитных систем. // Научно технический вестник СПб ГИТМО(ТУ). Выпуск 3. / Под ред. В.Н. Васильева.-СПб:СПб ГИТМО(ТУ), 2001. С. 9-12.
1513 9
Подписано в печать 07.07.2003 Заказ 915 Тираж 100
Отпечатано с готового оригинал-макета, в типографии Издательства СПКБ, Санкт-Петербург, Корабельная ул.6
Введение.
Глава 1. Многочленное преобразование фазового вектора динамической системы с периодически нестационарными параметрами
1.1. Уравнения Лагранжа для голономной системы, стационарной в поступательно движущейся системе отсчета
1.2. Случай системы с двумя степенями свободы
1.3. Многочленное преобразование фазовых координат механической системы
1.4. Оценки устойчивости движения динамических систем
1.5. Выводы
Глава 2. Определение вынужденных колебаний динамических систем с одной степенью свободы при кинематическом периодическом возмущении
2.1. Исследование вынужденных колебаний маятниковой системы с осью подвеса вибрирующей в произвольном направлении
2.2. Исследование динамической системы в нерезонансном случае
2.3. Многочленное преобразование динамической системы в случае резонанса
2.4. Применение метода многочленных преобразовании для исследования верхнего положения маятника
2.5. Выводы
Глава 3. Исследование систем с двумя степенями свободы
3.1. Метод многочленных преобразований
3.2. Реализация метода многочленных преобразований
3.3. Исследование вынужденных колебаний системы с двумя степенями свободы на вибрирующем основании ^
3.4. Выводы
Глава 4. Виброзащитные системы с двумя степенями свободы ^ 4.1. Виброзащита приборной системы от внешних воздействий ^
4.2. Динамическое гашение колебаний нелинейным пружинным инерционный гасителем
4.3. Маятниковый гаситель крутильных колебаний
4.4. Выводы
Глава5. Исследование переходных процессов колебаний виброзащитных систем
5.1. Постановка задачи
5.2. Нелинейная виброзащитная система с двумя степенями свободы
5.3. Многочленное преобразование системы
5.4. Оценки переходного процесса установления колебаний
5.5. Выводы 10A
Глава 6. Исследование нелинейных виброзащитных систем с тремя степенями свободы.
6.1. Многочленное преобразование системы с тремя степенями свободы. 10б
6.2. Алгоритм программной реализации метода. 14 О
6.3. Виброзащитная система с тремя степенями свободы
6.4. Выводы.
Нелинейные характеристики многих механических систем можно аппроксимировать степенными многочленами относительно обобщенных координат и скоростей. Коэффициенты этих полиномов являются постоянными, а для нестационарных систем они нередко являются периодическими функциями времени. В связи с этим математической моделью многих механических систем является система динамических уравнений полиномиальной структуры с периодическими или постоянными параметрами. Такие математические модели широко применяют в динамике виброзащиты приборов и устройств. Исследование нелинейных систем с конечным числом степеней свободы представляет сложную актуальную проблему по сравнению с линейными системами. Исследование нелинейных систем не сводится к определению конечного числа частных решений, поскольку нелинейные системы не обладают свойством суперпозиции решений. В современной теории нелинейных колебаний широко используется метод малого параметра, метод Ван-дер-Поля. Известен метод возмущений, представленный в работах А.Пуанкаре и являющийся вариантом метода малого параметра [2]. Применяется также метод итераций. Эффективный способ решения нелинейных задач, позволяющий строить высшие приближения на основании метода усреднения, был предложен Н.М. Крыловым и Н.Н. Боголюбовым [11]. Широко используется метод гармонического баланса и метод гармонической линеаризации. Как отмечено И.Г. Малкиным в приближенных методах важное значение имеет удачный выбор исходного приближения. Неудачный выбор порождающего решения приводит к сложным последующим уточнениям.
В диссертации применяется метод многочленных преобразований опубликованный Г.И. Мельниковым в 1963 г. и в последующие годы [59]- [61]. В этом методе в качестве порождающего решения выбрано решение преобразованных уравнений, которое связано с исходными дифференциальными уравнениями многочленным преобразованием относительно фазовых переменных.
Применение метода многочленного преобразования к многомерным сложным механическими системам приводит к большому объему символьных вычислений и расчетов. В условиях современного развития компьютерного моделирования такие вычисления целесообразно выполнять с применением компьютерных пакетов символьных вычислений, которые имеются в математических пакетах программ Mathematica, MatLab, Maple, MatCad и других. Для выполнения символьных вычислений в математическом пакете необходимо программирование алгоритмических расчетных формул в среде пакета.
В диссертации развивается метод многочленных преобразований для голономных периодически нестационарных механических систем с одной, двумя и тремя степенями свободы. Метод применен для решения нелинейных задач виброзащиты приборных систем, имеющих теоретическое и практическое значение. В связи с этим тема диссертационной работы является актуальной.
На основе символьных компьютерных вычислений составлен пакет программ для практического применения метода многочленных преобразований к задачам виброзащиты нелинейных приборных динамических систем. Эта задача является актуальной, поскольку ее решение направлено на повышение точности работы приборов и устройств, установленных на вибрирующем основании. Целью диссертационной работы являются:
1. Разработка программного обеспечения метода многочленных преобразований для исследования вынужденных колебаний нелинейных систем, которые описываются дифференциальными уравнениями второго, четвертого и шестого порядка с правыми частями в виде многочленов четвертой степени относительно фазовых переменных. Коэффициенты многочленов постоянные или периодические во времени функции.
2. Получение алгоритмических формул метода многочленных преобразований, удобных для составления программ с использованием символьных вычислений.
3. Применение разработанного пакета программ для исследования нелинейных задач виброзащиты приборных систем с одной, двумя и тремя степенями свободы.
4. Определение существенных динамических констант механических систем при помощи разработанного пакета программ.
5. Разработка программного обеспечения для определения установившихся режимов колебаний нелинейных систем с периодическими параметрами по методу многочленных преобразований.
6. Исследование установившихся режимов колебаний нелинейных виброзащитных систем с одной, двумя и тремя степенями свободы в условиях периодического кинематического возмущения с применением разработанной программы.
В результате применения метода многочленных преобразований получаем преобразованную автономную систему с точностью принятой при выводе динамических уравнений. Полученную преобразованную систему можно рассматривал* как исходную систему, но записанную в новых фазовых переменных с допустимой точностью. Метод многочленных преобразований обеспечивает минимизацию количества постоянных параметров в системе дифференциальных уравнений. Сохраняющиеся константы являются существенными константами, определяющими свойство динамической системы. Преобразованная система содержит значительно меньшее количество ненулевых коэффициентов, чем исходная. Сокращение количества ненулевых коэффициентов существенно упрощает исследование сложных нелинейных систем. С помощью преобразованных систем упрощается задача исследования переходных и установившихся процессов исходных систем.
Для реализации метода многочленных преобразований автором составлен пакет программ. Получены алгоритмические формулы метода для использования символьных компьютерных вычислений. С целью проверки достоверности алгоритмических формул применен численный метод Рунге — Кутта при определении стационарных режимов и переходных процессов. На основании разработанного пакета программ исследуются нелинейные виброзащитные системы с одной, двумя и тремя степенями свободы.
Метод многочленных преобразований вместе с разработанным пакетом прикладных программ является общим методом исследования нелинейных виброзащитных систем с одной, двумя и тремя степенями свободы и других периодических нестационарных голономных систем.
При решении задач виброзащиты широко применяют линеаризацию динамических систем, что нередко приводит к большим погрешностям и качественных неточностям анализа. В диссертации решаются задачи виброзащиты в нелинейной постановке, которые являются новыми, имеют теоретическое и практическое значение. Во всех решаемых задачах выполняется приведение исследуемой системы к автономному виду путем многочленной подстановки с периодическими параметрами и минимизации количества нелинейных членов. На основании автономизации системы определяются периодические режимы колебаний и производится расчет переходных процессов.
Разработанный пакет программ применен к задачам виброзащиты нелинейных приборных динамических систем. Пакет программ позволяет с заданной точностью проводить анализ виброзащищенности приборов и устройств, находящихся под воздействием внешних периодических сил. С помощью разработанного пакета программ найдены существенные константы, получены числовые оценки переходных и установившихся режимов колебаний. Определено влияние нелинейных составляющих виброзащитных систем. Проведены числовые расчеты при конкретных параметрах нелинейных виброзащитных систем. Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируется цель и задачи исследования, методы исследования, приведена краткая аннотация глав диссертации.
В первой главе рассматривается голономная механическая система которая является стационарной по отношению к поступательно движущейся системы отсчета. Для системы с п степенями свободы приводится матричная форма уравнений Лагранжа, которые содержат обобщенные силы и силы инерции поступательно движущейся системы отсчета. Приведенная матричная форма уравнений Лагранжа удобна для составления динамических уравнений голономной механической системы.
Применяя матричную систему уравнений Лагранжа необходимо выбрать обобщенные координаты, найти матрицу и вектор обобщенных сил из кинетической энергии и мощности. Матричные уравнения Лагранжа приводятся к нормальной форме. Рассмотрен случай механической систему с двумя степенями свободы стационарную по отношению поступательно движущейся системы отсчета. Приведена матричная форма уравнений Лагранжа для системы с двумя степенями свободы, такж^е выполнено преобразование матричных уравнений Лагранжа к нормальной форме.
Определяется схема алгоритма метода многочленных преобразований для динамической системы нелинейных дифференциальных уравнений второго порядка с постоянным^ и периодическими параметрами. Приводится описание алгоритма метода многочленных преобразований. Рассмотрен вопрос устойчивости нулевого решения, получены оценки области устойчивости. Проведен анализ точности получаемых результатов методом многочленных преобразований. Полученные результаты показывают применимость метода для качественных и количественных оценок исследуемых переходных и установившихся колебаний динамических систем находящихся в условиях периодического внешнего воздействия. Во второй гла§е исследуются вынужденные колебания динамических систем с одной степенью свободы. Рассматривается математическая модель вынужденных колебаний маятниковой системы с осью подвеса вибрирующей в произвольном направлении. Посредством метода многочленных преобразований определены существенные константы преобразованной системы, получены переходные и установившиеся режимы колебаний в нерезонансном случае. В случае резонанса исходная система преобразована к автономному виду. С помощью разработанного пакета программ проведен анализ маятниковой системы при конкретных числовых параметрах системы. Построены графики установления колебаний маятниковой системы с вибрирующей осью подвеса, а также стационарного режима колебаний. Методом многочленных преобразований получено верхнее, устойчивое положение равновесия маятниковой системы, а также получены оценки области устойчивости верхнего положения равновесия. Приведены числовые расчеты.
В третьей главе рассматриваются динамические системы с двумя степенями свободы. Приводится схема метода многочленных преобразований для систем с двумя степенями свободы, описывается программная реализация метода. Получены алгоритмические формулы для расчета неизвестных коэффициентов преобразования и преобразованной системы с двумя степенями свободы. Проведено исследования вынужденных колебаний механической приборной системы, установленной на вибрирующем основании содержащей нелинейные характеристики до четвертой степени относительно фазовых переменных в случае отсутствия резонанса. Для составления уравнений движения динамической системы использовались уравнения Лагранжа. Методом многочленных преобразований неавтономная периодическая система с заданной точностью приведена к автономному виду, найдены существенные константы, определяющие качество движения. С помощью составленной щюграммы выполнено исследования механической приборной системы, установленной на вибрирующем основании при заданных числовых параметрах, построены графики переходных и установившихся режимов вынужденных колебаний системы.
В четвертой главе исследуется проблема виброзащиты нелинейной приборной системы от внешних воздействий. Для виброзащиты аппаратуры, приборов используют большое количество типов амортизаторов. Приводятся нелинейные характеристики амортизаторов, применяемых в виброзащитных системах. Рассмотрена виброзащитная система с двумя степенями свободы в условиях внешнего периодического возмущения. Система состоит из объекта защиты — прибора, установленного посредством пружинного амортизаторы с малым демпфированием на платформу, имеющую большую массу, которая закреплена с помощью виброизоляторов на основание. На систему действует внешнее возмущение - вертикальные вибрации. Прибор и платформа перемещаются в вертикальном направлении. Пружинные виброизоляторы имеют нелинейные характеристики, которые можно представить в виде полинома третей степени. Демпфирование в виброизоляторах малое. С помощью уравнений Лагранжа составлены уравнения движения виброзащитной системы.
Методом многочленных преобразований система преобразована к автономному виду. Получено решение системы методом многочленных преобразований в нерезонансном случае. Показано, что колебания платформы и прибора происходят с частотой внещней силы. Построены графики установившегося режима колебаний виброзащитной системы, а также переходного процесса установления колебаний. Проведена автономизация системы в случае единичного резонанса. Рассмотрена модель виброзащитной системы в случае пассивного гармонического возбуждения, {согда внешняя сила воздействует на основание. Выполнено преобразование системы к автономному виду, найден установившийся режим вынужденных колебаний. В случае резонанса определены существенные константы, характеризующие качество движения.
Рассмотрена модель динамического гашения колебаний нелинейным пружинным инерционным гасителем. С помощью уравнения Лагранжа получены уравнения движения системы. В результате многочленного преобразования с точностью до членов четвертого порядка система приведена к автономному виду, найдены коэффициенту преобразованной системы. Определены переходные и установившиеся режимы вынужденных колебаний динамической системы. Построены графики стационарного и переходного процесса колебаний. Исследован маятниковый динамический гаситель для подавления крутильных колебаний. Найдены установившиеся вынужденные колебания и переходный процесс виброзащитной системы с маятниковым гасителем.
В пятой главе осуществляется анализ переходных процессов нелинейной нестационарной периодической виброзащитной системы с двумя степенями свободы в услрвиях кинематического возмущения. Рассматривается проблема виброзащиты нелинейной приборной системы на вибрирующем основании. На этом основании установлена посредством амортизаторов и демпферов массивная платформа, на которой монтируется подпружиненная и демпфированная приборная система. Пред полагается, что амортизаторы и демпфирующие устройства виброзащитной системы имеют нелинейные кубические характеристики. Система относится к классу нелинейных нестационарных периодических систем с двумя степенями свободы со сложным кинематическим возмущением. Методом многочленных преобразований математическая модель системы приводиться к автономному виду в рамках принятой точности, выделяются существенные константы, характеризующие переходные процессы. Определено влияние нелинейных составляющих виброзащитной системы. Показана целесообразность применения виброзащитной системы с нелинейными характеристиками амортизаторов и демпфирующих устройств. Для оценки переходного процесса нелинейной виброзащитной системы использовались коэффициент относительного перемещения, скорости и ускорения. Эти коэффициенты получены интегрируя соответствующее уравнение движения с помощью метода многочленных преобразований. Построены графики зависимости этих коэффициентов от частоты внешних возмущений, массы платформы, коэффициентов жесткости и коэффициентов демпфирования виброзащитной системы. Получено, что для переходного процесса установления колебания в виброзащитной системе значения коэффициентов жесткости амортизатора и коэффициенщв трения демпфера, установленных между массивной платформой и вибрирующим основанием слабо влияют на величину коэффициентов относительного перемещения, скорости и ускорения. Для амортизатора и демпфирующего элемента установленного между платформой и объектом виброзащиты рледует увеличивать значения коэффициентов жесткости и выбирать коэффициенты демпфирования меньшими 1. Целесообразно применять в рассмотренной виброзащитной системе платформу, имеющую массу в 10 раз большую, чем масса объекта виброзащиты. Показано, что увеличение частоты внешнего возмущения приводит к уменьшению значений коэффициента относительного перемещения. Рассмотренная виброзащитная система с кубической характеристикой демпфирующего устройства применима в случае высоких частот внешнего возмущения.
В шестой главе рассматривается нелинейная виброзащитная система с тремя степенями свободы, с нелинейными правыми частями в виде многочлена третей степени от фазовых переменных с постоянными и периодическими параметрами. Система виброзащиты, состоит из объекта виброзащиты установленного на две платформы, находящиеся одна под другой, нижняя из которых поставлена на вибрирующее основание. Внешнее гармоническое возмущение воздействует на основание. Предполагается, что упругие элементы системы имеют вид полинома третей степени, демпфирующие элементы имеют нелинейную кубическую характеристику. Методом многочленных преобразований уравнения движения системы приводиться к автономному виду в рамках принятой точности. В нерезонансном случае получено решение преобразованной системы. Выделяются существенные константы, характеризующие переходные процессы и установившиеся режимы колебаний.
Приведена схема метода многочленных преобразований для периодических нестационарных голономных систем с тремя степенями свободы, описывается алгоритм и основные блоки программной реализации метода. В заключении приведены основные результаты работы.
6.4. Выводы.
Рассмотрена нелинейная виброзащитная система с тремя степенями свободы с нелинейными правыми частями в виде многочлена третей степени от фазовых переменных с постоянными и периодическими параметрами. Система виброзащиты, состоит из объекта виброзащиты установленного на две платформы, находящиеся одна под другой, нижняя из которых поставлена на вибрирующее основание. Внешнее гармоническое возмущение воздействует на основание. Предполагается, что упругие элементы системы имеют вид полинома третей степени, демпфирующие элементы имеют нелинейную кубическую характеристику. Методом многочленных преобразований уравнения движения системы приводиться к автономному виду в рамках принятой точности. В нерезонансном случае получено решение преобразованной системы. Выделяются существенные константы, характеризующие переходные процессы и установившиеся режимы колебаний. Приведена схема метода многочленных преобразований для систем с тремя степенями свободы, описывается алгоритм программной реализации метода. Метод позволяет получить достаточно подробные качественные и количественные характеристики изучаемых движений, исследовать установившиеся режимы колебаний для систем, находящихся в условиях периодического внешнего воздействия, а также изучать переходные процессы.
Заключение
Математической моделью многих механических систем является система динамических уравнений полиномиальной структуры с периодическими или постоянными параметрами. Такие математические модели широко применяют в динамике виброзащиты приборов и устройств. В диссертации развивается метод многочленных преобразований [59]- [61] для голономных периодически нестационарных механических систем с одной, двумя и тремя степенями свободы. Метод применен для решения нелинейных задач виброзащиты приборных систем, имеющих теоретическое и практическое значение. На основе символьных компьютерных вычислений составлен пакет программ для практического применения метода многочленных преобразований к задачам виброзащиты нелинейных приборных динамических систем. Эта задача является актуальной, поскольку ее решение направлено на повышение точности работы приборов и устройств, установленных на вибрирующем основании.
Разработано программного обеспечения метода многочленных преобразований для исследования рынужденных колебаний нелинейных систем, которые описываются дифференциальными уравнениями второго, четвертого и шестого порядка с правыми частями в виде многочленов четвертой степени относительно фазовых переменных. Коэффициенты многочленов постоянные или периодические во времени функции. Получены алгоритмические формулы метода многочленных преобразований, удобные для составления программ с использованием символьных вычислений. Разработанный пакет программ применен для исследования нелинейных задач виброзащиты приборных систем с одной, двумя и тремя степенями свободы. Определены существенные динамические константы механических систем при помощи разработанного пакета программ. Разработанный пакет программ применим для определения установившихся режимов колебаний нелинейных систем с периодическими параметрами по методу многочленных преобразований. Проведено исследование установившихся режимов колебаний нелинейных виброзащитных систем с одной, двумя и тремя степенями свободы в условиях периодического кинематического возмущения.
В результате применения метода многочленных преобразований получаем преобразованную автономную систему с точностью принятой при выводе динамических уравнений. Полученную преобразованную систему можно рассматривать как исходную систему, но записанную в новых фазовых переменных с допустимой точностью. Метод многочленных преобразований обеспечивает минимизацию количества постоянных параметров в системе дифференциальных уравнений. Сохраняющиеся константы являются существенными константами, определяющими свойство динамической системы. Преобразованная система содержит значительно меньшее количество ненулевых коэффициентов, чем исходная. Сокращение количества ненулевых коэффициентов существенно упрощает исследование сложных нелинейных систем. С помощью преобразованных систем упрощается задача исследования переходных и установившихся процессов исходных систем.
Метод многочленных преобразований вместе с разработанным пакетом прикладных программ является общим методом исследования нелинейных виброзащитных систем с одной, двумя и тремя степенями свободы и других периодических нестационарных голономных систем. При решении задач виброзащиты широко применяют линеаризацию динамических систем, что нередко приводит к большим погрешностям и качественным неточностям анализа. В диссертации решаются задачи виброзащиты в нелинейной постановке, которые являются новыми, имеют теоретическое и практическое значение. Во всех решаемых задачах выполняется приведение исследуемой системы к автономному виду путем многочленной подстановки с периодическими параметрами и минимизации количества нелинейных членов. На основании автономизации системы определяются периодические режимы колебаний и производится расчет переходных процессов. Основные результаты диссертационной работы докладывались на международной конференции "Нелинейные науки на рубеже тысячелетий", VI международной научной конференции "Проблемы пространства, времени, движения", всероссийской научной конференции по механике "Третьи Поляховские чтения" и опубликованы в работах автора [33-44], среди них 6 статей, 6 научных докладов.
1. Азис М. А., Вакакис А.Ф., Маневич Л.И. Точные решения задачи о виброударных колебаниях дискретной системы с двумя степенями свободы. // Прикладная математика и механика. М., 1999. 63. №4 С. 549-553.
2. Андронов А.А., Витт А.А., Хайкин С.Э. Теория колебаний. М.:Наука,1981. 568 с.
3. Арнольд В.И., Козлов В.В., Нейштадт А.И. Математические аспекты классической и небесной механики. Динамические системы-3. Итоги науки и техники ВИНИТИ АН СССР. Совр. пробл. математики. Фунд. направления. Т.З. М., 1985. 304 с.
4. Бабаков И.М. Теория колебаний. М.: Наука,1965. 560 с.
5. Бабицкий В.И. Теория виброударных систем. М.: Наука,1978. 352 с.
6. Бабицкий В.И. Колебания в сильно нелинейных системах. М.: НаукаД985. 320 с.
7. Бардин Б.С., Маркеев А.П. Об устойчивости равновесия маятника при вертикальных колебаниях точки подвеса. // Прикладная математика и механика. М., 1995. С. 922-929.
8. Беляковский Н.Г. Конструктивная амортизация механизмов приборов и аппаратуры на судах. Л.: Судостроение, 1965. 523 с.
9. Блехман И.И. Синхронизация динамических систем. М.: Наука, 1971. 894 с.
10. Ю.Блехман И.И. Вибрационная механика. М.: Физматлит, 1994. 394 с.
11. П.Боголюбов Н.Н., Митропольский Ю.А. Асимптотические методы в теориинелинейных колебаний. М.:Наука, 1974. 503 с.
12. Боголюбов Н.Н., Садовников Б.И. Об одном варианте метода усреднения. // "Вестник МГУ", 1961. № 3. С. 24-34.
13. Божко А.Е., Галь А.Ф. и др. Пассивная и активная виброзащита судовых механизмоз. Л.: Судостроение, 1988. 173 с.
14. Брюно А.Д. Степенная геометрия в алгебраических и дифференциальных уравнениях. М.:Наука.Физматлит, 1998. 288 с.
15. Бурд В.Ш. Малые почти периодические колебания в системах с одновременными быстрыми и медленными параметрическими возбуждениями. // IX Межд. конф.по нелинейным колебаниям. Аналитические методы теории колебаний. Т. 1. Киев, Наукрва Думка, 1984. С. 96 98.
16. Бутенин Н.В. Введение в теорию нелинейных колебаний. М: Маш.,1991. 344 с.
17. Бутенин Н.В., Фуфаев Н.А. Введение в аналитическую механику. 2-е изд. М.: НаукаД991. 256 с.
18. Вейц В.Л. Динамика машинных агрегатов. JL: Маш., 1969. 370 с.
19. Вибрационная безопасность. Общие требования. ГОСТ 12.1.012-90. М.: Изд-во стандартов. 1990.12 с.
20. Вибрации в технике. Справочник в 6-ти томах, т.6. под ред. К.В. Фролова М.: Маш., 1995, 456 с.
21. Вульфсон И.И. Колебания машин. Л: Маш., 1990. 309 с.
22. Гаврилов М.Н. Защита от шума и вибраций на судах. М «Транспорт»,1979. 120 с.
23. Ганиев Р.Ф., Кононенко В.О. Колебания твердых тел. Киев: Наукова думка,1976. 431с.
24. Ганиев Р.Ф, Гидроупругие колебания в машинах. М: Маш., 1983. 317 с.
25. Гончаревич И.Ф., Фролов К.В. Теория вибрационной техники и технологии. М.: Наука, 1981. 318 с.
26. Григорьев Е.Т. Расчет и конструирование резиновых амортизаторов. М.: Машгиз., 1960. 281 с.
27. Губанова И.И., Пановко Я.Г. Устойчивость и колебания упругих систем М.: Наука, 1967. 420 с.
28. Гурецкий В.В. Об оптимизации параметров системы амортизации при стационарных случайных воздействиях. // Машиноведение, 1971. №5. С. 23-28.
29. Ден-Гартог Дж.П. Механические колебания. М.: Физматгиз., 1960. 580 с.
30. Добрынин С. А., Фельдман М.С., Фирсов Г.И. Методы автоматизированного исследования вибрации машин. М.: Маш., 1987. 224 с.
31. Журавлев В.Ф., Климов Д.М. Прикладные методы теории колебаний. М: Наука, 1988. 308 с.32.3аборов В.И., Клячко Л.Н., Росин Г.С. Защита от шума и вибрации в черной металлургии. М.: Металлургия, 1976. 248 с.
32. Иванов С.Е. Исследование нелинейных колебаний механической системы с одной степенью свободы методом многочленного преобразования. // Труды молодых ученых и специалистов. Сборник научных статей. Выпуск 1. Часть 2. -СПб :СПбГИТМО(ТУ), 2000. С.40-41.
33. Иванов С.Е., Мельников Г.И. Многочленное преобразование уравнений в проблеме устойчивости движения и теории нелинейных колебаний. // Международная конференция "Нелинейные науки на рубеже тысячелетий" / Тезисы докладов. -ГИТМО(ТУ), 1999. С.45.
34. Иванов С.Е. Исследование вынужденных колебаний маятниковой системы с осью подвеса вибрирующей в произвольном направлении. // Деп. ВИНИТИ.2000. №1541-В00. 10 с.
35. Иванов С.Е., Мельников Г.И. Метод многочленных преобразований в проблеме виброзащиты нелинейных систем. // VI международная научная конференция "Проблемы пространства, времени, движения". СПб. 2000. С.14.
36. Иванов С.Е, Исследование вынужденных колебаний системы с двумя степенями свободы на вибрирующем основании. // Современные технологии: Труды молодых ученых ИТМО / Под ред. проф. С.А.Козлова. СПб: СПб ГИТМО(ТУ),2001. С.168-170.
37. Иванов С.Е. О реализации численно-аналитического метода многочленных преобразований на компьютере. // Современные технологии: Труды молодых ученых ИТМО / Под ред. проф. С.А.Козлова. СПб: СПб ГИТМО(ТУ), 2001. С.138-141.
38. Иванов С.Е., Мельников Г.И. Метод многочленных преобразований в проблеме виброзащиты нелинейных механических систем. // VH3 Всероссийская научная конференция цо теоретической прикладной механике / Тезисы докладов. — Пермь,2001. С.29.
39. Иванов С.Е, Исследование переходных процессов приборной виброзащитной системы с двумя степенями свободы. // Современные технологии: Сборник научных статей / Под ред. проф. С.А.Козлова.- СПб:СПбГИТМО(ТУ), 2001. С. 290-293.
40. Иванов С.Е. Применение метода многочленных преобразований при исследовании виброзащитных систем. // Научно технический вестник СПб ГИТМО(ТУ). Выпуск 3. / Под ред. В.Н. Васильева. СПб: СПб ГИТМО(ТУ), 2001. С. 9-12.
41. Ильинский B.C. Защита РЭА и прецизионного оборудования от динамических воздействий. М: Радио и связь, 1982. 295 с.
42. Карпушин Р.Б. Вибрации и удары в аппаратуре. М.: Сов. радио,1971. 341 с.
43. Кер-Вильсон У. Вибрационная техника. М.: Машгиз., 1963. 390 с.
44. Кобринский А.Е. Механизмы с упругими связями. М.: Наука, 1964. 390 с.
45. Кожевников С.Н. Динамика машин с упругими звеньями. Киев: Изд-во АН, 1961. 160 с.
46. Коловский М.З. Нелинейная теория виброзащитных систем. М.:Наука,1966.318 с.
47. Коловский М.З. Автоматическое управление виброзащитными системами. М: Наука, 1976. 318 с.
48. Коляков М.И., Плахтиенко Н.П. Об одном способе определения нелинейных динамических характеристик сооружений при вибрационных испытаниях. // Прикладная механика. 1998. 35. №6. С. 82-87.
49. Круглое Ю.А., Туманов Ю.А. Ударовиброзащита машин оборудования и аппаратуры. Л.: Маш., 1986. 221 с.
50. Кузнецов А.А. Вибрационные испытания элементов и устройств автоматики. М.: Энергия. 1976. 119 с.
51. Магнус К. Колебания. Введение в исследование колебательных систем. М.: Мир 1982. 303 с.
52. Малкин И.Г. Некоторые задачи теории нелинейных колебаний. М: Гостехиздат. 1956. 491 с.
53. Маневич Л. И. Метод нормальных колебаний для существенно нелинейных систем. М.: Наука, 1989. 216 с.
54. Маневич Л.И. Внутренние резонансы при свободных колебаниях в системе с несколькими степенями свободы, имеющие квадратичные нелинейности. Проблемы нелинейной механики и физики материалов. Днепропетровск ,1999. С. 10-15.
55. Мельников Г.И. Динамика нелинейных механических и электромеханических систем. Л: Маш., 1975. 198 с.
56. Мельников Г.И. Некоторые вопросы прямого метода Ляпунова. // Доклады АН, 1956. т.110. № 3. С. 326-329.
57. Мельников Г.И. К теории нелинейных колебаний. // "Вестник ЛГУ",1964. № 1. вып. 1. С. 88-98
58. Меркин Д.Р. Введение в теорию устойчивости движения. М.: Наука, 1987. 304 с.
59. Митропольский Ю.А. Проблемы асимптотической теории нестационарных колебаний. М.: Наука, 1964. 432 с.
60. Моисеев Н.Н. Асимптотические методы нелинейной механики. М.: Наука, 1969. 380 с.
61. Найденко O.K., Петров П.П. Амортизация судовых двигателей и механизмов. Л.: Судпромгиз., 1962. 288 с.
62. Нелинейные задачи динамики и прочности машин. Под ред. В.Л. Вейца Л.:ЛГУ, 1983.336 с.
63. Неуймин Я.Г. Модели в науке и технике. Л.: Наука, 1984. 234 с.
64. Пановко Я.Г. Введение в теорию механических колебаний. М.: Наука, 1991. 255 с.
65. Писаренко Г.С., Матвеев В.В., Яковлев А.П. Методы определения характеристик демпфирования колебаний упругих систем. Киев: Наукова думка, 1976. 86 с.
66. Поляхов Н.Н., Зегжда С.А., Юшков М.П. Теоретическая механика. Л.: Изд-во Ленингр. Ун-та., 1985. 536 с.
67. Ротенберг Р.В. Подвеска автомобиля. М. Маш., 1972. 392 с.
68. Сергеев С.И. Демпфирование механических колебаний. М.: Физматгиз., 1959. 408 с.
69. СкучикК. Простые и сложные колебательные системы. М.: Мир., 1971. 557 с.
70. Соустинов Б.П., Тестоедов Н.А., Рудомёткин А.Г., Алькин А.В. Вибротспытания космических аппаратов. Новосибирск: Наука. 2000. 175 с.
71. Суровцев Ю.А. Амортизация радиоэлектронной аппаратуры. М.: Сов. радио. 1974. 176 с.
72. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле. М.: Наука. 1967. 444 с.
73. Тондл А. Нелинейные колебания механических систем. М.: Мир. 1973. 334 с.
74. Тондл А. Динамика роторов турбогенераторов. Л.: "Энергия". 1971. 388 с.
75. Троицкий В.А. Оптимальные процессы колебаний механических систем. Л.: Маш., 1976. 248 с.
76. Туманов Ю.А., Марков Я. Г., Лавров В.Ю. К вопросу идентификации нелинейных механических систем. // Прикладная механика. 1981. №9. С.106-110.
77. Фролов К.В. Нелинейные задачи динамики машин. М: Маш., 1992. 376 с.
78. Фролов К.В. Динамические свойства линейных виброзащитных систем. М: Маш., 1982. 367 с.
79. Фурман Ф. А., Фролов К. В. Прикладная теория виброзащитных систем. М: Маш., 1980. 317 с.
80. Юдин В.А., Петрокас Л.В. Теория механизмов и машин. М.: Высшая школа. 1967. 528 с.
81. Andrzej Stefanski, Jersy Wojewoda. Numerical analysis of duffing oscillator with dry friction damper. // Journal Mechanics and Mechanical enginering. 2000. v.4. #2. p. 127-137.
82. Mikhlin Yu.V., Vakakis A.F. Direct and inverse problems encountered in vibro-impact oscillations of a descrete system. // Journal Sound and Vibration. 1999. v.216. #2. p.227-250.
83. Peter Avitabile. Why you can't ignore those vibration fixture resonances. // Journal Sound and Vibration. 1999. #3. p.20-26.
84. Vulfson I. Vibroactivity of branched and ring structured mechanical drives. N.Y.: Hemisphere publising corporation. 1990. 99 p.
